7.1 Моделирование технических гидравлических систем поддержания

пластового давления

Структура систем поддержания пластового давления

Все ТГС состоят из объектов, относящихся к тем или иным из вы­деленных элементов. Они соединяются в определенном порядке и взаимодействуют посредством текучей среды [44].

Порядок соединения объектов есть структура ТГС, а ее отображение - структурная схема.

По аналогии с теорией электрических цепей порядок соединения объектов можно также называть гидравлической цепьш. Исходя из принятой ранее терминологии, далее будем называть объектами реальные устройства, входящие в ТГС, а звеньями – гидравлические модели этих объектов (устройств), входящие в общую модель ТГС.

Структура ТГС ППД может быть весьма разнообразной (рисунки 7.1 и 7.2). Типичной у ТГС ППД для Западной Сибири (80%) является структура, имеющая в качестве источника водоснабжения один или несколько естественных водоемов (реки и озера), оборудованных системой водозабора и очистки. Однако есть локальные ТГС ППД, где источниками воды являются мощные сеноманские пласты, содержа­щие большие запасы так называемой сеноманской воды. Вода из та­ких источников обычно поднимается с помощью электроцентробежных насосных установок, а затем сразу же или после дегазации закачивается в нагнетательные скважины. Причем в ТГС с ком­бинированными источниками водозабора смешивание пресной и сеноманских вод недопустимо, что, естественно, разделяет структуру ТГС ППД по критерию рабочей текучей среды.

Рисунок 7.1 Структура гидросистемы ППД Мортымья-Тетеревского ме­сторождения

Универсальная модель ТГС ППД должна поддерживать все вариа­ции структур и возможные варианты систем водозабора. Так, нагнета­тельные и добывающие сеноманскую воду скважины должны моде лироваться, исходя из их гидравлического воздействия на систему, нЯ целом. А способы их вхождения в систему хотя и могут быть произ- 1 вольными, но должны подчиняться некоторым правилам построения.

Рисунок 7.2 Структура ТГС ППД Туй мази некого месторождения

При построении модели ТГС ППД с произвольной структурой не­обходимо четко определить способ описания порядка соединения ее объектов.

Под порядком соединения объектов ТГС или звеньев в МТГС бу­дем понимать некое множество, четко определяющее связи каждого звена в отношении ко всем другим звеньям системы.

Такое множество удобно задать посредством введения понятия уз­ла: узел есть точки соединения звеньев. Берутся все точки соедине­ния объектов ТГС: места стыковки труб, насосов, задвижек, клапанов; водозаборы; колена; тройники и т.п. Логично предположить, что каждому объекту ТГС, яв­ляющемуся тем или иным элементом ТГС, будет принадлежать толь­ко два узла: так называемый узел начала и узел конца. В свою оче­редь каждому узлу может принадлежать минимум один объект (звено). Более сложные объекты должны составляться из элементарных, т.е. соответствующих этому правилу.

Далее следует отметить важное отличие предлагаемой модели ТГС от существующих моделей систем водоснабжения.

Существующая теория гидравлических цепей не предполагает тот факт, что некоторым из узлов может принадлежать менее двух звеньев, так как это противоречит замкнутости структуры ТГС. Ввиду того, что теория гидравлических цепей получила свое начало из теории электрических цепей, она унаследовала и все ее положения структур­ного и математического анализа. При практически полной аналогии законов сохранения в гидравлических и электрических системах не­достатком такой ситуации является то, что структура ТГС зачастую (почти всегда) имеет разомкнутый характер (рисунки 7.1 и 7.2).

Структуры электрических систем всегда имеют замкнутый характер, и к каждому узлу подцеплены не менее 2-х объ­ектов, в то время как структуры ТГС водоснабжения и ТГС ППД в основном разомкнуты, т.е. некоторые из узлов могут иметь только один подцепленный объект. Иначе говоря, в ТГС водоснабжения и

ТГС ППД имеет место приток и отток текучей среды в систему и из нее. Так, на рассматри­ваемом ранее примере видно, что приток и отток из ТГС может осуществ­ляться через НТС (ем­кости, пласты, водоемы, атмосфера в случае по­рывов и т.п.). В ходе анализа выяснено, что НТС - это единственное место, откуда/куда может осуществляться приток/отток текучей среды из ТГС

По сути, накопители текучей среды, с одной стороны, являются точками, между которыми осуществляется транспортировка текучей среды в ТГС водоснабжения, ППД и многих других, а с другой сторо­ны являются точками, в которых текучая среда приобретает опреде­ленный энергетический потенциал.

Здесь мы подходим к определению важного свойства узлов. В предлагаемой модели узел может быть транзитивным, если к нему присоединены более одного объекта, и активным, если к нему присоединено не более одного объекта.

В случае, когда узел является транзитивным, он выполняет пассивную функцию осуществления связи между объектами ТГС. В противном случае узел является накопителем текучей среды, из которого или в который осуществляется течение потока среды в ТТС или из нее. Причем значение притока или оттока не задается перед моделированием, а определяется в ходе него.

Итак, в отличие от существующей теории гидравлических цепей где подразумевается замкнутое перемещение текучей среды, автор предлагает не приводить реальную структуру ТГС к зацикленной. Вместо этого вводится понятие активных узлов, которые, во-первых_, являются точками, между которыми происходит перемещение теку­чей среды внутри ТГС; во-вторых, они задают начальный потенциал текучей среде, позволяя тем самым адекватно моделировать ТГС, в которых отсутствуют АСГ (например, системы водоснабжения с во­донапорными башнями); в-третьих, являются точками отрыва рас­сматриваемой ТГС от ТГС, стоящих выше на иерархической лестнице (т.е. более глобальных); и, в-четвертых, задают так называемые «кон­туры» - пути перемещения текучей среды.

В общепринятой трактовке контуром электрической цепи явля­ется замкнутая последовательность электрических элементов, сквозь которые может протекать электрических ток. Как уже отмечалось, структура ТГС практически всегда имеет разомкнутый характер. Элементом ТГС, разрывающим замк­нутый цикл перемещения потока текучей среды, является НТС, отражением которого и является активный узел.

Таким образом, в предлагаемой модели ТГС под контурами следу­ет понимать все возможные пути перемещения текучей среды меж­ду активными узлами (НТС).

Вышеприведенный анализ функции узлов позволяет адекватно моделировать ТГС ППД и большинство других ТГС без приведения их структур к замкнутому виду.